3.3 Tống quan về phương pháp xử lý sinh học kị khí 18
3.3.4 Quá trình xử lý kị khí sinh trưởng bámdính
Bế lọc kị khí là cột chứa đầy vật liệu rắn trơ là giá thế cố định cho vi sinh vật kị khí sống bám trên bề mặt. Giá thế đó có thế là đá sỏi, than, vòng sứ, tấm nhựa ... Dòng thải phân bố đều từ dưới lên tiếp xúc với màng vi sinh trên giá thế. Do khả năng bám dính tốt với màng vi sinh dẫn tới lượng vi sinh trong bế tăng lên và thời gian lưu bùn kéo dài. Vì vậy thời gian lưu nước nhỏ, có thể vận hành ở tải lượng cao. Lọc kị khí với giá thế là đá thường bị tắc do các chất lơ lửng hoặc màng vi sinh không bám dính bị giữ lại giữa các khe rỗng. Giá thế là vật liệu nhựa tống họp có cấu trúc thoáng, độ rỗng cao (95%) nên vi sinh dễ bám dính và chúng dần thay thế cho đá sỏi. Tỉ lệ riêng diện tích bề mặt/thể tích của vật liệu thông thường dao động trong khoảng 100 đến 200 m2/m3 .
Trong bế lọc khí do dòng quanh co đồng thời do tích luỹ sinh khối vì vậy rất dễ gây ra các vùng chết và dòng chảy ngắn. Đe khắc phục tình trạng này có the bố trí thêm hệ thống xáo trộn bằng khí biogas thông qua hệ thống phân phổi khí bổ trí dưới lớp vật liệu.
Sau thời gian vận hành các chất rắn không bám dính gia tăng trong bê. Điều đó chứng tỏ khi hàm lượng ss sinh ra tăng lên, hiệu quả xử lý giảm xuống do thời gian lưu thực tế ngắn lại. Chất rắn không bám dính có thể lấy ra khỏi hệ thống bằng cách xả đáy và rửa ngược.
3.3.5 Tống quan về màng vi sinh vật
Sự tạo thành màng sinh học là một quá trình 3 bước, bị ảnh hưởng mạnh bởi các tính
chất bề mặt của giá thế, các loài của thời kì đầu tạo màng:
• Pha sinh sản: các vsv bám dính một cách lỏng lẻo lên trên bề mặt và các chỗ lồi lõm của giá thể.
• Pha ổn định: bài tiết glycocalyc (polysaccharides) đưa đến tạo thành môi trường thuận lợi cho vi chuấn bám vào.
• Pha phát triến: màng màng sinh học phát triến đến một chiều dày giới hạn.
Pha đầu tiên là bước nhạy cảm nhất, bởi vì vsv không gắn chặt mà chỉ bám dính một cách lỏng lẻo lên trên bề mặt giá thế. Do đó độ rỗng và độ gồ ghề của bề mặt giá thế đóng một vai trò quan trọng trong suốt pha đầu tiên này. Trong khi đó ở pha thứ hai khi một màng màng sinh học hoàn chỉnh được tạo thành trên bề mặt đã được ổn định bởi các polymer, các tính chất bề mặt của giá thế không đóng vai trò quyết định nữa.
Do đó đế khởi động nhanh, các giá thế với bề mặt rỗng hoặc gồ ghề là cần thiết và cũng có lợi khi đã vận hành ổn định bởi vì các lồ rỗng và gồ ghề bảo vệ vi chuẩn chống lại các lực xén.
Các đặc trưng của giá thể lý tưởng:
• Các yêu cầu chung: tỷ số giữa diện tích /thế tích cao, bề mặt rỗng và gồ ghề cho phép vi chuẩn bám vào, độ ổn định cơ học cao, giá thành rẽ.
• Lọc kị khí: mật độ khối lượng riêng thấp, độ rỗng cao tránh nghẹt, chi phí lắp đặt thấp.
. Quá trình tiêu thụ cơ chất được mô tả bởi công thức chung như sau:
Màng kị khúc ha t hữu cơ + nguyên tố vết -ỳ sinh khối của vi khuân + sản phấm cuối.
3.3.5.1 Động học phản ứng trong màng vi sinh vật:
Những phân tích lý thuyết cho thấy động học phản ứng trong màng vi sinh vật phức
tạp hơn rất nhiều so với động học của quá trình bùn hoạt tính ;bởi vì tốc độ phản ứng làm sạch nước trong quá trình bùn hoạt tính chỉ chịu ảnh hưởng của tốc độ trao đối chất của vi
sinh vật .Trong khi đó trong quá trình màng sinh vật các yếu tổ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng bao gồm :tốc độ vận chuyến cơ chất vào màng vi sinh vật bởi quá trình khuếch
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
phân tử lượng thấp hơn đế chúng có thể khuếch tán vào trong màng vi sinh cũng là một yếu tố hạn chế của tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình màng vi sinh vật.
Cơ chế của quá trình loại bở cơ chất trong hệ thống màng vi sinh vật có thế được miêu tả như sau : nước thải chảy qua bề mặt màng vi sinh vật với vận tốc chảy đều ,cơ chất có khối lượng phân tử nhỏ dễ dàng tù' nước thải tiếp xúc với màng vi sinh vật và được vận chuyển vào màng theo cơ ché khuếch tán phân tử .Trong màng vi sinh vật diễn ra quá trình tiêu thụ và trao đổi chất bởi vi sinh vật. Những sản phẩm cuối cùng của quá trình phản ứng sinh học đi ngược trở ra khỏi màng .Như vậy quá trình tiêu thụ và làm sạch nước bởi màng vi sinh vật bị ảnh hưởng bởi các bước sau :
• Vận chuyển cơ chất vào màng vi sinh vật từ chất lỏng tiếp xúc với màng .
• Quá trình khuếch tán phân tử chuyển cớ chất vào màng vi sinh vật.
• Tiêu thụ cơ chất bởi màng vi sinh vật.
• Vận chuyển sản phẩm cuối ra khỏi màng .
33.5.2 Phương trình động học của phản ứng sinh học Mô hình động học hình thức
r = --*^ = k*S" (3.1)V dS m dT
Cụng thức trờn đỳng khi SằE như vậy cú nghĩa là cụng thức chỉ sử dụng được trong khoảng thời gian đầu của quá trình xử lý.
Trong đó:
S: nồng độ cơ chất tham gia phản ứng
E: nồng độ của men vi sinh V: thế tích nước trong mô hình m: khối lượng vật liệu đệm
Với phản ứng bậc n:
= k*T + C m 1 - n
TSS mg/l 6500 - 14500 vss mg/l 3000 - 8500
Tổng
p mg/l 46-100
N_org mg/l 1200-2400
N_NH3 mg/l 110-325
NCV mg/l 10-60
Độ cứng mg/l 1800-3800 Calci mg/l 700- 1600
Mg mg/l 1100-2200 Độ kiềmmgCaCOyi 0- 3500 Độ axitmgCaCOyi 7000 - 9000
VFA meq/l 350 - 400
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
Dựa vào điều kiện biên ta có:
VI ln T = 0 =>s = Sn =>c = — *
—— * Sn
VI VI
(3.2) =>— *-!-*Sl'n =kT + —* —
m n -1 1-n S0"m
=>S = S0*( m*k*T*(n-l)*S0+V
V )
X = So
s l-n *V*[l-(l-X)'-n]
=^k * T = —- - * (3-3)
m*(n-l)
Đe xác định bậc phản ứng ta tiến hành đo nồng độ cơ chất theo thời gian tại các thời điểm So, S(Ti), S(T2).Trong đó: T] ứng với X] = 40%; T2 ứng với x2 = 60%.
Ta chọn kết quả tại 2 thời điếm này bởi vì trên đường cong phân hủy cơ chất ứng với hiệu quả xử lý 40% và 60% vi sinh vật đang nằm trong pha log (SằE) thoả điều kiện của phương trình.
(3.3)=^- = 1-K1-X,)1-"]
1-[(1-X2)'-"]
ứng với độ chuyến hoá 40% và 60% dựa theo ta lập bảng T]/T2 theo n.
Từ thí nghiệm trên mô hình xác định được thời gian đế quá trình xử lý đạt 40%
và
60% ta xác định được — dựa vào bảng ta xác định được n.
r2
k được xác định bằng công thức:
S()l-n * V* [l. ( Ị .X )1 - n ] m * (1 - n) * T
Từ các kết quả của phương trình ta xác định được bậc phản ứng n,và xác định k theo công thức đã trình bày ở trên
Chương 4: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 4: Nội dung và phương pháp nghỉên cứu 4.1 So’ lưọc về phưong pháp luận nghiên cứu
Các bước cơ bản được thực hiện trong quá trình nghiên cún
• Tìm hiểu về thành phần và tính chất nước rác mới.
• Căn cứ vào tính chất và thành phần đã xác định, đánh giá sơ bộ khả năng xử lý của từng phương pháp xem có khả thi không.
• Tiến hành làm thí nghiệm và chạy mô hình đế thu thập số liệu.
• Từ những kết quả phân tích số liệu, giải thích và rút ra kết luận dựa trên cơ sở lý thyết đã học.
4.2 Xác định thành phần và tính chất nước rác ban đầu
Bảng 4. 3 Thành phần tính chất nưóc rác mói
4.3 Thí nghiệm jartest
• Mục đích thí nghiệm jartest này là đi xem xét tại pH nào là tối ưu. ứng với pH tối un đó, hàm lượng phèn bao nhiêu là tối un. Với các nồng độ COD, hiệu quả keo tụ là bao nhiêu.
• So sánh kết quả thí nghiệm của một số loại phèn.
Chương 4: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
4.3.1 Mô hình thí nghiệm
Mô hình Jartest gồm 6 cánh khuấy, mỗi cánh khuấy có tốc độ khuấy từ 0 - 200 vòng/phút, tốc độ của các cánh khuấy được điều chỉnh cùng một lúc. Mỗi cánh khuấy có kích thước 25 X 75 mm. Mô hình được sản xuất bởi VELP (Italy).
Hình 4. 1 Mô hình thí nghiệm jartest 4.3.2 Trình tự tiến hành thí nghiệm
Chất dùng để thực hiện keo tụ ở đây là phèn Bách Khoa (hay phèn bùn) được điều chế từ bã thải bùn đỏ của nhà máy hoá chất Tân Bình gồm 15.09% Fe2(S04)3.9H20 và 70.63% A12(S04)3.18H20), phèn sắt (FeS04,FeCl3), phèn nhôm (A12(S04)3).
4.3.2.1 Trình tự thí nghiệm xác định pH tối ưu
Lấy 300 ml nước thải cho vào cốc 500 ml, cho hàm lượng phèn đã xác định trước bằng thí nghiệm pretest, khuấy nhanh cho phèn trộn đều với nước thải khoảng 30 giây đến 1 phút.Thay đổi pH ở các cốc khác nhau.
Điều chỉnh nước rác trong khoảng pH thích hợp với tùng loại phèn bằng xút hoặc acid. Hoá chất dùng là NaOH 6N, H2S04 10%
Sau khi điều chỉnh pH đến giá trị nhất định, cho vào cốc 3 giọt polyme, đặt cốc vào thiết bị jartest khuấy với tốc độ 15 vòng/phút trong 15 phút, tiếp đến đế lắng 30 phút và đem phần nước trong bên trên phân tích các chỉ tiêu của mẫu.
4.3.2.2 Xác định hàm lượng phèn tối ưu
Lấy pH tối ưu ở thí nghiệm trên, thay đối lượng phèn ở các cốc cho thí nghiệm này.
Mồi cốc gồm 300 ml nước thải, điều chỉnh pH bằng hoá chất dùng trong thí nghiệm
pH tối ưu.
Cho vào cốc đã khuấy đều 3 giọt polyme, đặt cốc vào thiết bị jartest khuấy với tốc độ 15 vòng/phút trong 15 phút, tiếp đến đế lắng 30 phút và đem phần nước trong bên trên
phân tích các chỉ tiêu của mẫu.
Hàm lượng phèn tối ưu ứng với cốc có giá trị COD nhỏ nhất.
4.4 Thí nghiệm sục khí
• Mục đích thí nghiệm là đánh giá khả năng khử N_NH3 và N hũn cơ nước sau keo tụ .
• Theo dõi quá trình thay đổi COD và Calci còn lại.
• Theo dõi quá trình biến đối pH và mối liên hệ của pH với các chỉ tiêu khác đế xác định thời gian lun nước họp lý.
4.4.1 Mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm là xô nhựa dung tích 15 lít, dung tích 7.5 lít. Máy sục khí loại dùng cho hồ cá và 8 cục đá bọt nhằm phân phối khí đều.
ỐNG DẪN KHÍ NÉN
Hình 4.2 Mô hình thí nghiệm sục khí
Chương 4: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
4.4.2 Tiến hành thí nghiệm
Nước rác sau khi keo tụ ở pH 10 với phèn FeS04, để lắng. Lấy phần nước trong cho vào mô hình và tiến hành sục khí.Sau các khoảng thời gian định sẵn, lấy mẫu đo các chỉ tiêu N_NH3, N_hừu cơ lúc vào và kết thúc, Calci, COD và pH.
Thí nghiệm kết thúc khi N_NH3 gần bằng 0.
4.5 Thí nghiệm khuấy kị khí
• Nước rác mới được cho vào và theo dõi khả năng xử lý sinh học.Mục đích thí nghiệm này khảo sát thời gian lưu nước trong bế đến giá trị pH thích hợp trước khi vào bê lọc kị khí.
• Theo dõi quá trình axit hóa diễn ra trong quá trình lưu nước và hiệu quả xử lý COD.
4.5.1 Mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm là bình nhựa 20 lít, đậy kín, có cánh khuấy môtơ lắp phía trên.
Bình có van lấy nước kiểm tra chỉ tiêu mồi ngày.
Hình 4.3 Mô hình thí nghiệm khuấy kị khí
4.5.2 Tiến hành thí nghiệm
Nước rác mới lấy mẫu cho vào bình khuấy kị khí cùng với bùn. Nâng pH lên 5.5 (đây là pH thích hợp cho vi khuẩn axit hóa phát triển). Hàm lượng bùn là 15 kg MLSS/m3, bùn được lấy từ bế ƯASB của nhà máy bia Việt Nam (bùn bông), và một hàm
lượng nhỏ bùn bế Biogas (đã nuôi thích nghi với nước rác).
Trước khi lấy số liệu, Ta cho chạy mô hình thích nghi. Khi kết quả ổn định, bắt đầu chạy mô hình lấy kết quả.
Thay đối các nồng độ COD khác nhau cho phù hợp tính chất nước rác không ổn định, theo dõi các giá trị pH, COD, VFA (và Calci) theo khoảng thời gian thích hợp.
4.6 Thí nghiệm lọc kị khí tĩnh
• Mục đích thí nghiệm theo dõi hiệu quả xử lý nước rác bằng phương pháp sinh học.
• Theo dõi thời gian lưu nước của mỗi tải trọng COD khác nhau, chọn thời gian lưu thích hợp để chạy mô hình động.
• Theo dõi khả năng xử lý của từng bế lọc khác nhau trong hệ thống 3 bể lọc nối tiếp.
4.6.1 Mô hình thí nghiệm
Mô hình thí nghiệm tĩnh được làm bằng mica gồm 3 ngăn nối tiếp với kích thước:
Các thông số vật liệu lọc:
• Kích thước vật liệu đệm: dài X rộng X cao = 30 X 15 X 30 ( cm X cm X
3ŨÚ 3ŨŨ 300
Hình 4.4 Mô hình thí nghiệm lọc kị khí
Thí nghiêm Mẩu
vào Mẩu sau keo tu
Hàm lượng phèn, mg/1
COD, mg/1 19365 18762 17215 17592 17825 18253 18587
E COD, % 11.10
Độ đục,FTƯ Độ màu,Pt Co Calci, mg/ĩ
E Calci, % 12.98
Thí nghiêm Mẩu vào Mẩu sau keo tụ
Hàm lượng
phèn, mg/1
COD, rrig/1 19365 18121 17503 17004 16880 16464 16725 16983
E COD, % 12.19 12.83 14.98 13.63 12.30
Độ đục,FTU Độ màu,Pt Co Calci, mg/1 E Calci, %
Chương 4: Nội dung và phương pháp nghiên cứu
4.6.2 Tiến hành thí nghiệm
Nước rác sau bế khuấy kị khí được pha loãng với nước ra (tỉ lệ 1:1) cho vào mô hình. Sau đó nước được bơm tuần hoàn trong suốt thời gian khảo sát trên mô hình. Khi quá trình xử lý đạt đến mức ổn định, nước được xả ra ngoài thông qua các van xả đáy và tăng nồng độ COD nước thải mới.
Đe tăng nhanh quá trình thích nghi, thúc đấy quá phát triến của màng vi sinh vật, tại
thời điếm ban đầu nước thải được bố sung bùn lấy tù’ hệ thống ƯASB của nhà máy bia Việt Nam và bùn Biogas theo tỉ lệ sao cho tỉ lệ bùn 10 kg MLSS/m3.
Hệ thống gồm 3 bế nối tiếp tạo thành quá trình lọc 3 bậc. Tuy nhiên do điều kiện phòng thí nghiệm nên hệ thống hệ thống đang chạy mô hình tĩnh là thiết bị khuấy trộn gián đoạn 1 bậc (lun lượng bơm tuần hoàn 12 1/h).
4.6.2.1 Giai đoạn thích nghi.
Bùn nuôi lấy từ hệ thống ƯASB của nhà máy bia Việt Nam và bế Biogas theo tỉ lệ 2:1 với hàm lượng khoảng 1 0 - 1 5 kg/m3. Giai đoạn thích nghi bắt đầu với nồng độ COD
2500 mg/1.
4.6.2.2 Giai đoạn tăng nồng độ.
Tăng nồng độ COD từ 2500 mg/1 lên 3500 mg/1, 5000 mg/1, 10000 mg/1, 15000 mg/1. Thời gian lun xác định khi hiệu quả xử lý hầu như không thay đối. Mỗi nồng độ
Chương 5: Ket quả và bàn luận
Chương 5: Kết quả nghiên cứu và bàn luận
5.1 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm keo tụ nước rác vào
5.1.1 Ket quả thí nghiệm keo tụ đối vói phèn Bách Khoa (phèn bùn) Bảng 5.1-1. Ket quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 1 (phèn bùn)
100 75 50
LŨ 25
pH COD —ầ— Hiệu quả xử lý
Đồ thị 5.1-1. COD trong thí nghiệm khảo sát pH tối ưu lần 1 (phèn bùn) Chương 5: Ket quả và bàn luận
Đồ thị 5.1-2. Độ màu và độ đục trong thí nghiệm khảo sát pH tối
ưu lần 1
(phèn bùn)
Băng 5.1-2. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn)
E COD, % 15.12 13.09 12.57 11.68 Độ đục,FTU
Độ màu,Pt Co Calci, mg/1 E Calci, %
Thí nghiêm Mẩu vào Mẩu sau keo tu
Hàm lượng phèn, mg/1
COD, mg/ĩ 29356 27864 24032 24971 25163 25587 26105
E COD, % 18.14 14.94 14.28 12.84 11.07
Độ đục,FTƯ Độ màu,Pt Co Calci, mg/1 E Calci, %
Thí nghiệm Mẩ
u vào
Mẩu sau keo tụ
Hàm lượng phèn, mg/1
COD, mg/ĩ 29356 24864 24326 24107 23564 23018 23759 24103
E COD, % 15.30 17.13 17.88 19.73 21.59 19.07 17.89
Độ đục,FTU Độ màu,Pt Co Calci, mg/1 E Calci, %
Chương 5: Ket quả và bàn luận
Đồ thị 5.1-4. COD trong thí nghiệm khảo sát hàm lưọng phèn tối ưu
Đồ thị 5.1-5. Độ màu và độ đục trong thí nghiệm khảo sát hàm lượng phèn
Đồ thị 5.1-6. Calci trong thí nghiệm khảo sát hàm lượng phèn tối ưu
(phèn bùn) Chương 5: Ket quả và bàn luận
Bảng 5.1-3. Ket quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn bùn)
Đồ thị 5.1-7. COD trong thí nghiệm khảo sát pH tối ưu
lần 2
(phèn bùn)
Đồ thị 5.1-8. Độ màu và độ đục trong thí nghiệm khảo sát pH tối ưu lần 2 (phèn
bùn)
Chương 5: Ket quả và bàn luận
Đồ thị 5.1-9. Calci trong thí nghiệm khảo sát pH tối un lần 2 (phèn bùn) 5.1.1.2 Nồng độ COD 30000 mg/l
Bảng 5.1-4. Ket quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn bùn)
Đồ thị 5.1-10. COD trong thí nghiệm khảo sát pH tối ưu (phèn bùn)
Đồ thị 5.1-11. Độ màu và độ đục trong thí nghiệm khảo sát pH tối ưu (phèn bùn)
Đồ thị 5.1-12. Calci trong thí nghiệm khảo sát pH tối ưu (phèn bùn) Bảng 5.1-5. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn)
Thí nghiệm
Mẩu
vào Mẩu sau keo tụ
Hàm lượng phèn, mg/1
COD, mg/ĩ 29356 24365 22953 22134 23651 23879 24134
E COD, % 17.00 21.81 24.60 19.43 18.66 17.79
Độ đục,FTƯ Độ màu,Pt Co Calci, mg/ĩ E Calci, %
Chương 5: Ket quả và bàn luận
Đồ thị 5.1-13. COD trong thí nghiệm khảo sát hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn) 3000
2500 H 2000 ũ 1500 2. 1000 Q 500
1500
10000
6000
1750 2000 2250 2500 2750 Hàm lượng phèn,
mg/l
400 0 3000
o 8000 ~ l
'CỌ
Độ đục -"—Độ màu
Đồ thị 5.1-14. Độ màu và độ đục trong thí nghiệm khảo sát hàm lượng phèn
tối ưu
Đồ thị 5.1-15. Calcỉ trong thí nghiệm khảo sát hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn) Chương 5: Ket quả và bàn luận
Bảng 5.1-6. Ket quả thí nghiệm xác định pH tối un lần 2 (phèn bùn)